DE19711970A1

DE19711970A1 - Device for regulating the flow rate of a vertical-axis centrifugal pump

Info

Publication number: DE19711970A1
Application number: DE19711970A
Authority: DE
Inventors: Carl Staehle
Original assignee: Frideco AG
Current assignee: Frideco AG
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2017-03-22
Also published as: GB2312708A8; US5833434A; CN1094176C; GB9708116D0; DE19711970B4; GB2312708A; CH691402A5; GB2312708B; CN1167880A; JPH1047292A

Description

Die vor liegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The prior invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Bei Hebeanlagen, wo der Anfall des zu fördernden Wassers schwankend ist, wie zum Beispiel bei munizipalem Abwasser oder Regenwasser, gibt es eine einfache Vorrichtung, die durch eine sinnvolle Formgebung des Pumpensumpfes, auch ohne Veränderung der Pumpendrehzahl, die Fördermenge an die jeweils anfallende Flüssigkeitsmenge anpaßt.In lifting systems, where the water to be pumped accumulates fluctuating, such as in municipal wastewater or Rainwater, there is a simple device by a sensible design of the pump sump, even without changes the pump speed, the flow rate to the accruing Adjust the amount of liquid.

Die Vorrichtung besteht aus einem im Saugsumpf angeordneten, oben offenen Zylinder, über dessen Boden eine dem Drehsinn der Pumpe entsprechend tangentialen Zuführöffnung mündet und in welchem koaxial ein oben an die Saugseite der Pumpe angeschlossenes Saug rohr hineinragt. Diese Vorrichtung ist im Schweizer Patent 533 242 beschrieben.The device consists of a top arranged in the suction sump open cylinder, over the bottom of which the direction of rotation of the pump corresponding tangential feed opening and in which coaxially a suction connected to the suction side of the pump at the top tube protrudes. This device is in Swiss Patent 533,242 described.

Ist der Wasseranfall so groß, daß der Wasserspiegel genügend über dem Zylinderrand liegt, so strömt das Wasser über denselben in den Zylinder, und direkt zum Pumpensaugrohr, ohne daß inner halb und außerhalb des Zylinders eine merkbare Niveaudifferenz entsteht; die Pumpe erreicht somit ihre volle, der Kennlinie entsprechende Fördermenge. Sinkt der Wasseranfall, so kann immer weniger Wasser über den Zylinderrand fließen, das Niveau inner halb des Zylinders wird tiefer als dasjenige außerhalb des Zylinders. Dadurch strömt immer mehr Wasser durch die tangentiale Zuführöffnung in den Zylinder und erzeugt eine mit vergrößernder Niveaudifferenz immer stärkere Drehbewegung des Wassers im Zylin derinnern. Dieser im Drehsinn der Pumpe erzeugte Drall bewirkt eine entsprechende Herabsetzung der Pumpenfördermenge, derart, daß er jeweils der reduzierten Anfallmenge entspricht. Auf diese Weise kann ein Förderbereich der Pumpe von 100% bis zirka 50% geregelt werden. Der tiefste Förderbereich ist durch den Quer schnitt der tangentialen Zuführöffnung gegeben.The waterfall is so great that the water level is sufficient is above the edge of the cylinder, the water flows over it into the cylinder, and directly to the pump suction pipe, without any internal half and outside the cylinder a noticeable level difference arises; the pump thus reaches its full, the characteristic corresponding output. If the amount of water drops, it can always less water flows over the edge of the cylinder, the level inside half of the cylinder becomes deeper than that outside the Cylinders. As a result, more and more water flows through the tangential Feed opening in the cylinder and creates one with enlarging Level difference of ever increasing rotary motion of the water in the cylinder inside. This swirl generated in the direction of rotation of the pump causes a corresponding reduction in the pump delivery rate, such that it corresponds to the reduced amount of seizure. To this The pump delivery range can be from 100% to approximately 50%. be managed. The deepest funding area is through the cross given the tangential feed opening.

Um den Regelbereich nach unten zu erweitern wurde die tangentiale Zuführöffnung durch eine etwas unterhalb der Zylinderrandniveau höhe beginnende, abfallende, und die Zylinderwand tangential durchdringende Rinne ausgetauscht. Somit war der tiefste Förder bereich nicht mehr durch einen Rohreintrittsquerschnitt limitiert, aber die Praxis zeigte eine störende Einwirkung des tangential durch die Rinne auf die Rotationsströmung auftretenden Zulauf stromes. Durch Strömungsüberkreuzungen und Wellenbewegungen mit reißende Luft, welche das Pumpensaugrohr erreichte, wurde die Pumpenförderung in unberechenbarer Weise abgerissen.To extend the control range downwards, the tangential Feed opening through a slightly below the cylinder edge level height beginning, descending, and the cylinder wall tangential penetrating channel replaced. So was the deepest funding area is no longer limited by a pipe entry cross-section, but practice showed a disturbing influence of the tangential through the trough to the rotational flow inlet current. Through flow crossings and wave movements with tearing air that reached the pump suction pipe became the Pump delivery demolished in an unpredictable manner.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung der beschriebenen Vorrichtung in dem Sinne, daß eine ruhige, quer stromfreie Strömung entsteht, die nicht unberechenbar abreißt und eine Minimalfördermenge erreicht, die beträchtlich tiefer liegt.The object of the present invention is to improve the described device in the sense that a quiet, transverse Electricity-free flow arises that does not break off unpredictably and reached a minimum output that was considerably lower lies.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruchs 1. According to the invention this object is achieved by the character nenden features of claim 1.

Durch die Erfindung erfährt sowohl die Flüssigkeitszufuhrströmung wie auch die Rotationsströmung im Behälter vor dem Zusammen treffen eine Verstärkung der Kreiselbewegung, derart, daß die tangentiale Eintrittsströmung vor dem Eintreten in den zylindri schen Behälter als koaxiale Spirale das Fördermedium an die äußere Eintrittskanalwand preßt und damit den freien Flüssig keitsspiegel in eine angenähert vertikale Ebene verlegt.The invention experiences both the liquid supply flow as well as the rotational flow in the container before assembly hit an amplification of the gyroscopic movement, such that the tangential inlet flow before entering the cylinder container as a coaxial spiral outer inlet channel wall presses and thus the free liquid mirror in an approximately vertical plane.

Die im zylindrischen Behälter rotierende Flüssigkeit ihrerseits bildet beim Durchqueren der in der Behälterwand befindlichen Eintrittsströmungsöffnung daselbst eine vertikale Flüssigkeits fläche, welche dann in einem spitzen Winkel auf den erwähnten, angenähert vertikalen Flüssigkeitsspiegel der Eintrittsströmung trifft, welche querströmungsfrei die Rotationsströmung im Behälter antreibt. Im gleichen Sinne wird die Kreiselbewegung im Behälter verstärkt und gebündelt durch die Ausformung einer Rinne in der zylindrischen Behälterwand auf die Höhe der Ein trittsöffnung, respektive des Pumpensaugmundes, welche koaxial denselben umrundet und ihre Oberwand den Behälter in einem kleinen Durchmesser verengt.The liquid rotating in the cylindrical container in turn forms when traversing those located in the container wall Inlet flow opening there a vertical liquid surface, which is then at an acute angle to the mentioned approximately vertical liquid level of the inlet flow hits, which cross flow free the rotational flow in the Container drives. In the same sense, the gyro movement in the Reinforced and bundled containers by forming a container Channel in the cylindrical container wall to the level of the one opening, respectively the pump suction mouth, which is coaxial circumnavigated around it and its top wall the container in one narrowed in diameter.

Auf diese Weise können alle schwimmenden Bestandteile wie Schwimm schlamm und spezifisch leichtere Flüssigkeiten von der Pumpe in einem größeren, stabilen Bereich vor dem Abreißen der Förderung abgepumpt werden. Besonders in Abwasserpumpstationen werden durch diesen Selbstreinigungseffekt Geruchsbelästigungen reduziert und Reinigungsarbeitsaufwand vermieden.This way all floating components such as floating mud and specifically lighter liquids from the pump in a larger, more stable area prior to the demolition of the funding be pumped out. Especially in wastewater pumping stations this self-cleaning effect reduces odor nuisance and Cleaning work avoided.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispiels weise erläutert. Es zeigen:The invention is based on the drawings, for example explained wisely. Show it:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt A-A gemäß Fig. 2 durch eine Kreisel pumpe mit einer zugeordneten Mengenreguliervorrichtung zwischen 100% und einem mittleren Regulierungsbereich, Fig. 1 shows a vertical section AA according to FIG. 2 by a centrifugal pump with an associated Mengenreguliervorrichtung between 100% and an average control region,

Fig. 2 eine Draufsicht auf Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of Fig. 1,

Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie Fig. 1 in der Schnittebene B-B in Fig. 4 für eine Mengenregulierung bis zum Minimum und Fig. 3 is the same representation as Fig. 1 in the section plane BB in Fig. 4 for a quantity regulation to the minimum and

Fig. 4 einen Horizontalschnitt C-C in Fig. 3 die minimale Förder menge illustrierend. Fig. 4 is a horizontal section CC in Fig. 3 illustrating the minimum delivery amount.

An die in Fig. 1 und 2 gezeigte, vertikal von unten ansaugende Kreiselpumpe 1 ist am Saugstutzen 1a ein Saugrohr 2 angeschlossen, dessen freier Mündungsteil 2a trompetenförmig erweitert ist und mit Abstand über dem Boden 3a eines Zylinders 3 liegt, der das Saugrohr 2 mit radialem Spiel koaxial umgibt. Auf der Höhe des Pumpensaugmundes des Mündungsteiles 2a mündet ein der Drehrichtung der Pumpe 1 entsprechend tangentiales Zuführrohr 4 in der Wand des Zylinders 3. Als Einlaß zum Zuführrohr 4 ist eine Rinne 4a in der Wand des Zylinders 3 vorgesehen, die auf einem höheren Niveau beginnt und von dort abfällt um im Bereich 4b durch die Wand des Zylinders 3 zu dringen.An shown in Fig. 1 and 2 shown, vertical suction from below the centrifugal pump 1 a is a suction tube 2 connected to the suction port 1, whose free orifice member is a trumpet-shaped widened 2 and at a distance above the bottom 3 is a of a cylinder 3, the intake manifold, the 2 coaxially surrounds with radial play. At the level of the pump suction mouth of the mouth part 2 a, a feed pipe 4 corresponding to the direction of rotation of the pump 1 opens into the wall of the cylinder 3 . As an inlet to the feed pipe 4 , a groove 4 a is provided in the wall of the cylinder 3 , which begins at a higher level and drops from there to penetrate through the wall of the cylinder 3 in the region 4 b.

Bei hohem Flüssigkeitsspiegel X im Saugsumpf 5 sind die Rinne 4a und der obere Zylinderrand 3b genügend hoch überflutet, so daß das Fördermedium ohne fühlbaren Druckabfall entsprechend dem Pfeil a innerhalb des Zylinders 3 zum Mündungsteil 2a fließen und von der Pumpe 1 abgesaugt werden kann, wobei entsprechend der Pumpencharakteristik die maximale Fördermenge erreicht wird.When the liquid level X in the suction sump 5 is high, the channel 4 a and the upper cylinder edge 3 b are flooded sufficiently high so that the pumped medium can flow without a noticeable pressure drop according to the arrow a within the cylinder 3 to the mouth part 2 a and can be sucked off by the pump 1 , whereby the maximum delivery rate is reached according to the pump characteristics.

Läßt die Zuflußmenge nach, so sinkt der Flüssigkeitsspiegel von X auf Y. Dabei kann immer weniger Wasser über den Zylinder rand 3b fließen, wodurch die Flüssigkeit im Zylinder 3 noch mehr absinkt als im Saugsumpf 5 und sich eine Niveaudifferenz Δ h gegenüber dem Niveau Y im Saugsumpf 5 bildet. Damit beginnt Flüssigkeit zunehmend durch das tangentiale Zuführrohr 4 in den Zylinder 3 zu fließen und versetzt die dort vorhandene Flüssig keit in eine immer stärkere Rotationsbewegung im Pumpendrehsinn: Dadurch verzögert sich die Relativgeschwindigkeit im Laufrad der Pumpe mit resultierender Pumpenfördermengenreduktion bis dieselbe sich der anfallenden Flüssigkeitsmenge angepaßt hat.If the inflow decreases, the liquid level drops from X to Y. Less and less water can flow over the cylinder edge 3 b, whereby the liquid in the cylinder 3 sinks even more than in the suction sump 5 and there is a level difference Δ h compared to the Y level forms in the suction sump 5 . This means that liquid begins to flow increasingly through the tangential feed pipe 4 into the cylinder 3 and puts the liquid present there in an increasingly stronger rotational movement in the direction of pump rotation: This delays the relative speed in the impeller of the pump with the resulting pump delivery quantity reduction until it has adapted to the amount of liquid produced .

Sinkt die anfallende Flüssigkeitsmenge noch weiter ab, dann kommt es zu einer Teilfüllung des Eintrittsquerschnittes des Zuführrohrs 4, was bei geradlinigem Eintritt der Strömung zu Turbulenzen mit Luftvermischungen mit dem im Zylinder rotierenden Flüssigkeits ring führen würde, was durch folgende Mittel vermieden wird: In Fig. 4 sind die Abgrenzungslinien des Strahlflusses der Zulauf flüssigkeit mit Strich - Doppelpunkt - Strichlinien (- . . -) ein gezeichnet. Letzteres windet sich, einem Gefälle folgend spiral förmig (wendelförmig) zum unteren Teil des Zylinders 3 und durchdringt dessen Wand 4b. Die außen liegende Wand 4c des Zuführrohres 4 setzt sich bis zum Ende der Durchdringungsfläche bei Punkt 3c als Rinne spiralförmig fort und mündet tangential in die Zylinderwand aus. Beim Durchfluß der Zulaufflüssigkeit durch das Zuführrohr 4 unterliegt sie im gebogenen Abschnitt der Außenwand 4c einer Fliehkraft, wodurch sie an die äußere Leitungswand 4c gedrückt wird und der innere freie Wasserspiegel 4d eine annähernd vertikale Lage einnimmt.If the amount of liquid falls even further, the inlet cross-section of the feed pipe 4 is partially filled, which would lead to turbulence with air mixing with the liquid ring rotating in the cylinder if the flow enters in a straight line, which is avoided by the following means: In Fig. 4, the delimitation lines of the jet flow of the inlet liquid are drawn with dash-colon-dash lines (-.. -). The latter winds, following a gradient, spirally (helically) to the lower part of the cylinder 3 and penetrates its wall 4 b. The outer wall 4 c of the feed pipe 4 continues up to the end of the penetration surface at point 3 c as a groove and opens tangentially into the cylinder wall. When flow of the feed liquid through the supply pipe 4 it is subjected in the bent portion of the outer wall 4 c a centrifugal force, whereby it is pressed c to the outer conduit wall 4 and the inner free water level 4 d assumes an approximately vertical position.

Die im Behälter rotierende, mit punktierter Linie ( . . . .) ange deutete Flüssigkeit ihrerseits durchquert mit ihrem äußeren freien, mit einer Knotenlinie (∎) angedeuteten Wasserspiegel (eine gerade Strömung bildend) den Zuflußleitungsabschnitt 4b. Die Zulaufströmung mit Spiegel 4d und die Rotationsströmung mit dem Außenspiegel 4e vereinigen sich unter einem spitzen Winkel α im Punkt 4f, turbulenzfrei, wodurch die Zulaufströmung in opti maler Weise die Energie an die Rotationsbewegung überträgt.The liquid rotating in the container, indicated with a dotted line (....), In turn crosses the inflow line section 4 b with its outer free water level (forming a straight flow) indicated by a knot line (∎). The inlet flow with mirror 4 d and the rotation flow with the outside mirror 4 e unite at an acute angle α at point 4 f, turbulence-free, whereby the inlet flow transfers the energy to the rotational movement in an optimal manner.

Im gleichen Sinne wirkt, die Strömung bündelnd und die Kreis bewegung unterstützend, die Ausbildung der unteren Zylinderwand in Form einer Rinne 3d auf der Höhe der Eintrittsöffnung 4b respektive des Pumpensaugmundes 2a, wobei ihre Oberwand den Zylinder 3 in einem kleinen Durchmesser 3e verengt und das tiefste Niveau mit freiem inneren Spiegel 4g in ihrer Lage und Neigung stabilisiert und unberechenbare Lufteintritte in den Mündungsteil 2a vermeidet.In the same sense, bundling the flow and supporting the circular movement, the formation of the lower cylinder wall in the form of a groove 3 d at the level of the inlet opening 4 b and the pump suction mouth 2 a, with its upper wall the cylinder 3 in a small diameter 3 e narrowed and the lowest level with free inner mirror 4g stabilized in its position and inclination and avoiding unpredictable air inlets into the mouth part 2 a.

Claims

1. Device for regulating the delivery rate of ver tikalachsige centrifugal pumps of constant speed, such that the suction mouth ( 2 a) of the pump in an open-top, cylindrical, coaxial to the impeller axis, with a tangent in the sense of the impeller rotation liquid supply line ( 4 ) equipped Immersed container ( 3 ), characterized in that the lower part of the cylindrical container wall ( 3 d) and / or the liquid supply line ( 4 ) in the form of a radius with a center within the container following groove or tube is formed such that the in the container ( 3 ) resulting rotational flow, or the inlet flow driving the rotation is bundled and its liquid level is strongly pressed into the vertical.

2. Device according to claim 1, characterized in that the channel ( 3 d) in the cylindrical container ( 3 ), coaxially circles the same at the level of the pump suction mouth and its upper wall narrows the container ( 3 ) in a small diameter ( 3 e) .

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid supply line ( 4 ) drops from a higher level (Y) to the lower part of the cylindrical container ( 3 ), where it then follows a radius horizontally as a tube or gutter, in the sense of the direction of pump rotation, the lower wall of said cylindrical container ( 3 ) breaks through.

4. The device according to claim 3, characterized in that a radius horizontally following channel ( 4 ) penetrates through the wall of the cylindrical container ( 3 ) such that the outer wall ( 4 c) of the channel ( 4 ) continues to have a radius continues in the cylindrical container ( 3 ) and forms a smaller outer groove of decreasing depth in the cylinder wall and finally merges tangentially into the cylinder wall.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the radius of curvature of the channel ( 4 ) entering the cylindrical container ( 3 ) is designed such that, as a result of the centrifugal force, the liquid surface ( 4 d) orients itself at least approximately vertically and with the Outside mirror ( 4 e) of the rotational flow combined at an acute angle.

6. The device according to claim 5, characterized in that the channel ( 4 ) at least in the lower part as a tube breaks through the container wall.